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浅析粉末涂料热转印“撕纸”的影响因素

摘要:本文从转印纸、涂膜固化程度、涂膜交联密度、填料含量和助剂五方面入手讨论了各自对了热转印粉末涂层撕纸效果的影响情况。
引言
近年来随着铝型材、 防盗门、 幕墙和家电等行业的飞速发展和越来越严苛的环保要求,“漆改粉”和“油改水”已经迫在眉睫。
粉末涂料被公认为4E(省能源、省资源、低污染、高效能)环保友好涂料,并越来越多地应用于各个行业的表面涂装处理涂料在线coatingol.com。
同时,热转印技术近几年尤其是转印纸技术国产化之后也取得了迅猛发展,热转印产品以其逼真的木纹、大理石装饰效果收到广泛欢迎,很快在防盗门、铝型材、 办公家具等行业广泛应用。
热转印木纹金属材料既有金属的固有特性又体现了木纹的高档装饰效果。热转印处理并不会改变粉末涂层原有的物化性能。
和其他的木纹装饰材料相比,具有防腐蚀,防火,防霉变,硬度高,重量轻,不变形,无毒环保,图案不脱落,不龟裂,经久耐用和可安全回收等特点。
特别是在注重环保,节能的现代装饰市场上,已经是一种流行和趋势。目前国内每月木纹转印纸和转印膜市场大约2500万平米。热转印粉末涂料作为粉末涂料的一大分支,由来已久,早前采用的聚酯/异氰酸酯型粉末涂料具有诸多优势,可是由于价格的昂贵,市场推广和使用受限。
近年来,聚酯/TGIC型和聚酯/环氧型粉末涂料被广泛应用于热转印,亲民价格刺激了市场需求,但在实际生产中有时也存在着转印效果不理想的问题。
转印油墨的清晰度和透亮度可以通过遮盖颜填料来调整。转印撕纸后有纸毛和油墨印,甚至撕不下纸等较为麻烦,需要从固化工艺、配方体系和转印工艺等方面来控制。现场涂装施工人员最难以容忍的是撕纸困难。这不但严重影响偶尔他们的工作效率,加大了工作量,还降低了成品档次。
无论是真空热转印还是刷胶转印,后期都可能会碰到难以撕纸或撕纸后表面存在雾影,纸印,纸毛,油印,胶印等问题,这与转印纸有关,与转印时真空负压高低有关,还与底粉的固化程度有关,更与底粉配方体系有关。本文侧重从转印纸、粉末涂料固化程度、固化交联密度、填料含量和助剂等五方面因素入手,讨论分析了各个因素对转印撕纸性能的影响情况。
1、实验部分

1.1实验原理
热升华转印技术最初时出现在涤纶纺织的转移印花中。在热升华转印技术中,承印物的材质必须是存在无定形区的聚酯纤维或表面类似聚酯纤维材料的产品。
无定形区存在着约为1-100埃的微小空隙。200 ℃左右热转印时,无定形区受热而剧烈震动,这时空隙尺寸会发生明显变化而呈现一种熔融状态,即所谓“液层”。
同时,转印纸上的油墨也受热升华,气态油墨运动到聚酯纤维表面,进一步扩散运动到熔融无定形区。有时为了保证油墨转移率和垂直转移,会进行加压和抽真空操作。一定时间后,温度降低,油墨分子凝华。
被包裹在聚酯纤维类的无定形区内,从而将油墨图案转印到承印物表面,获得满意的表面效果。转印撕纸效果是难以直接量化比较,目前没有明确的评判等级。本文采用单变量实验方法,从转印纸、涂层固化程度、交联密度填充含量和助剂等五方面分析了转印撕纸效果的影响因素。为了对比效果明显,在分析“固化程度、交联密度、填充含量和助剂”这四个影响因素时,转印时选用了两款油墨较重,转印时较易粘纸的转印纸。真空转印时存在真空负压,较刷胶转印更易出现撕纸困难,转印油墨残留等情况。本文就以真空转印为例来讨论实际情况,实际结果在刷胶转印时也是通用的。
真空转印温度、压力和转印胶水的配方组成也会影响转印撕纸性能,篇幅所限,这里不做讨论。聚氨酯粉末、聚酯粉末、混合型粉末和纯化氧粉末均可做转印粉,本文实验主要采用较常用的聚酯TGIC粉末体系,其实验结果和分析在其他体系中也是可以类推。在制粉过程中通过添加不相容的助剂,如特种的蜡质材料,该不相容物在固化过程中迁移到涂膜表面,形成一层薄薄的不相容物。
也能降低热转印纸与粉末涂层之间的密着性,使撕纸变得容易。此种方法对不相容材料的选择性较强,普通的蜡质材料会影响到热转印纸颜料的迁移,使得热转印后的图案模糊,实际生产中也发现了这一现象,故本文对此方法也不做讨论。
1.2 实验材料
聚酯树脂:帝兴(DSM)、安徽神剑、杭州中法等厂家的若干聚酯
固化剂:TGIC(黄山华惠),B1530(拜尔)
助剂:588,701,安息香等为南海化学产品
颜料:拜尔、江西添光钛业等
填料:44HB(鳌头)
转印纸:佛山纳众装饰材料有限公司、欧玛纸业等纸厂的转印纸
基材:冷板(180mm*180mm*0.8mm),铝板(180mm*150mm*1mm)
1.3 主要设备
真空转印机、双螺杆挤出机(SLJ-30A)高速粉碎机、高压静电喷枪、电热恒温鼓风干燥箱。
1.4 制粉、涂膜制备及转印


按各自配方所列分别称量原材料,各自混合后分别经双螺杆挤出机熔融挤出压制成薄片,设定I区温度为:85-105℃;II区为:100-120℃。
冷却后用高速粉机粉碎,经标准筛过筛,分别制得粉末。所得粉末用高压静电喷枪喷涂样板,将样板放入恒温鼓风干燥箱200℃/15min固化后取出,冷却至室温待测。转印采用真空转印,180℃/4min。

2、结果与讨论
2.1 转印纸的质量,油墨的深浅
实验中选择两个厂家共6种深浅不一的纸进行了实验。由表1可以看出,转印效果受转印纸影响较大。
不同的转印纸在固化完全的同一涂膜上的表现不一,且在涂膜1上转印效果好的转印纸,在其他涂膜上转印效果也有号的趋势,这与转印纸的油墨浓度以及生产转印纸时所用助剂都有关系。
表现来看,油墨浓度越浅的越容易撕纸,且转印效果清晰,油墨浓度过深的则有难撕纸的趋势。转印纸的质量和油墨的质量及浓度直接的影响到最终都得转印效果。
油墨:热转印依靠的是油墨的热升华。油墨是一种混合物,由显示颜色的染料,起粘合作用的连接料,还有溶剂和少量的助剂组成。
要达到热升华转印的要求,染料需要具有较好的升华性,升华温度控制在180-240℃。
连接料在发挥作用的同时要尽量保持与染料较小的亲和力,这样当受热时,染料容易被释放,具有较好的热转印适应性。
热升华墨水的性质直接影响打印图像的质量,继而影响转印质量和最终产品的印刷质量。因此,高品质的油墨是保证产品获得良好印刷质量的关键因素。热升华转印纸:热升华转印纸的质量对产品印刷质量的影响发挥着直接的作用。
纸张的油墨吸收的均匀型,吸收油墨的快慢程度决定了热升华打印纸的打印质量,好的打印质量是保证产品印刷质量的基础;优良的转印性能,要求热升华转印纸具有较大的致密度,控制染料受热升华时不会从纸业的背面扩散。
同时,热升华转印纸还要具有较好的纸业稳定性,否则受热变形,或者有纸毛或纸印残留将导致转印图层上重影模糊不清或纸毛,纸印残留。
纸张还要具有良好的耐热性能,在受热时不允许出现碳化现象,更不允许出现断纸现象,影响热转印的连续生产,降低生产效率。
2.2 固化程度
固化程度是影响转印效果的另一大关键因素,为了明显的对比固化程度的影响,我们选用了一个固化较慢的配方,仅通过加入少量的促进剂来调整胶化时间,具体实验结果见表2。
结果表明如果涂膜固化时间不够,转印时会严重的影响撕纸性能。因为如果固化不完全,在180℃~210℃转印时,涂膜黏性极大,且会粘着转印纸一起再次固化,严重时整个转印纸都会结实的嵌入涂膜中。
而且随着固化时间的延长,转印撕纸性能会明显的改善。另外还发现胶化时间较长的3#粉,在固化工艺调整为200℃/20min时,撕纸后还是存在一定的纸毛,转印效果不清晰,表面发乌,这也表明延长固化时间不能解决所有的撕纸问题,还需要从其他的因素考虑。

2.3 交联密度
表3中,配方1,2和3对比了不同T105固化剂添加量的配方体系的撕纸效果,配方1实质效果最好。
由于T105是4官能度固化剂,而TGIC是3官能度固化剂,选择同样的聚酯,增加T105的用量能够提高交联密度,结果转印撕纸性能也改善明显,而且添加适量的T105有助于上粉。
T105固化体系也有其缺点,如,耐黄变差,厚涂易出针孔,潮湿环境喷涂容易掉粉等,实际生产中宜根据需要使用或部分使用。
聚酯树脂的酸值决定了树脂和固化剂的比例,最终影响了粉末涂料涂层的交联密度,一般来说,酸值越高的树脂固化后的涂膜交联密度越高。
表3中配方3,4和5对比了不同酸值配方体系的撕纸效果,转印完成后配方5转印板撕纸效果最好。
打开转印机后转印纸自动脱离涂膜,涂膜光洁透亮无纸毛等残留,配方4涂膜也能轻松撕纸,涂膜表面效果良好,有少量不明显的纸毛,配方3撕纸相对较难了,表面明显存在部分纸毛和发乌现象。

2.4 填料含量
实际生产中我们还发现,随着颜填料含量的提高,所得涂膜转印时明显更容易撕纸,表4配方6、7和8进一步验证了此结果。
我们分析可能是在转印温度附近,填料量增加时,涂膜的模量会明显增加,这样在同样的压力(真空负压)下转印时,涂膜的热形变量就会减少,转印纸就不容易与涂膜粘合在一起,转印完成后撕纸相对就比较容易。
可是颜填料的添加量有一个限值,过多的颜填料会导致流平差、上粉差等问题。

2.5 助剂
表4中,配方3,9和10对比了不同B1530添加量的配方体系的撕纸效果,配方10略好于配方9,配方10和9都明显的好于配方3。
由于羧基聚酯也有一定(一般为5左右)的羟值,在羧基与TGIC反应时,羧基保留了下来,加入一定的二异氰酸酯(B1530)能够与部分残留的羟基反应,提高反应的进行程度,在实际实验中能明显的改善撕纸效果(配方10,配方9和配方3)。
另外再实际实验中发现,B1530的加入对混合型配方体系的转印撕纸效果改善情况更为明显。
3、结语
(1)转印纸质量和油墨的质量及浓度直接的影响最终的转印撕纸效果,一般油墨浓度越浅的越容易撕纸,且转印效果光亮清晰,而油墨浓度过深的则有难撕纸趋势;
(2)固化不完全会严重的影响撕纸效果;
(3)提高涂膜交联密度能明显改善转印撕纸效果,如选用官能度更高的固化剂,或者选用酸值更高的聚酯;
(4)适当的增加填料的含量能够改善转印撕纸效果;
(5)选用合适的助剂能够改善转印撕纸效果,如B1530。【兰陵化工集团涂料油漆】
谢鹏 (广州市鑫雨贸易有限公司,广东 广州 510663)
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